CMB偏光観測からニュートリノ質量階層性に迫るための偏光角較正装置の開発

• 研究領域: ニュートリノフロンティアの融合と進化
• 研究課題/領域番号: 26105519
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構
• 研究代表者: 田島 治 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 准教授 (80391704)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2015年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2014年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
• キーワード: ニュートリノ / 宇宙マイクロ波背景放射 / 偏光

研究実績の概要

ニュートリノ質量の絶対値測定と質量階層性の解明はニュートリノ研究のビッグテーマのひとつである。近年、宇宙マイクロ波背景放射（CMB）偏光の小角度(0.1˚スケール)にわたる非対称パターン「重力レンズ効果Bモード」の精密観測によって、ニュートリノ質量和を測定する手法が注目されている。しかしながら、望遠鏡の偏光角構成精度を向上しないかぎり、ニュートリノの階層性に迫れる精度での測定は難しい。本研究はその精度を向上する偏光角較正システムを開発する。
幅広い観測周波数帯にわたって較正を行うためには、CMBと同じ黒体偏光源を使うことが最良の手段である。従来は偏光天体や人工的に偏波を発生する装置を用いて較正が行われてきたが、どちらも黒体偏光ではない。さらに、天体カタログの精度、装置のアライメントに困難があった。そこで、本研究は申請者が過去に開発した「まばらな金座億ワイヤーグリッド」を使った装置を発展させ、わずか一本の金属ワイヤーで較正する手法の開発を行ってきた。もちろん、世界初の試みである。
昨年度は、実際の望遠鏡を用いたゲリラ的な較正試験を実際に行い、原理検証と従来手法に対する統計誤差一桁の優位性を実証した。本年度は系統誤差の研究に注力した様々な較正試験をチリ・アタカマ高地で観測を行っている望遠鏡を使って行った。ワイヤーをわざと斜めに張る、望遠鏡の中心軸からズラすなど、様々な系統誤差要因を誇張する試験実験をおこない、個々の系統誤差をどう洗い出して、軽減するかの研究を行った。その結果、目標としている精度達成の展望を得た。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] World’s Cheapest Readout Electronics for Kinetic Inductance Detector by Using RedPitaya (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Tomita, H. Jeong, J. Choi, H. Ishitsuka, S. Mima, T. Nagasaki, S. Oguri, O. Tajima
  • 雑誌名: J. Low Temp. Phys. 巻: online 19 Jan. 号: 1-2 ページ: 1-6
  • DOI: 10.1007/s10909-016-1485-0
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Front-End Electronics for the Array Readout of a Microwave Kinetic Inductance Detector Towards Observation of Cosmic Microwave Background Polarization (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Ishitsuka, M. Ikeno, S. Oguri, O. Tajima, N. Tomita, T. Uchida
  • 雑誌名: J. Low Temp. Phys. 巻: online 13 Jan. 号: 1-2 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1007/s10909-015-1467-7
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The POLARBEAR-2 and the Simons Array Experiments (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Suzuki , O.~Tajima(80番目), 他88名
  • 雑誌名: J. Low Temp. Phys. 巻: online 6 Jan. 号: 3-4 ページ: 1-6
  • DOI: 10.1007/s10909-015-1425-4
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] GroundBIRD: Observing Cosmic Microwave Polarization at Large Angular Scale with Kinetic Inductance Detectors and High-Speed Rotating Telescope (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Oguri, J. Choi, T. Damayanthi, M. Hattori, M. Hazumi, H. Ishitsuka, K. Karatsu, S. Mima, M. Minowa, T. Nagasaki, C. Otani, Y. Sekimoto, O. Tajima, N. Tomita, M. Yoshida, E. Won
  • 雑誌名: J. Low Temp. Phys. 巻: online 30 Dec. 号: 3-4 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1007/s10909-015-1420-9
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Monitoring System for Atmospheric Water Vapor with a Ground-Based Multi-Band Radiometer: Meteorological Application of Radio Astronomy Technologies (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Nagasaki, K. Araki, H. Ishimoto, K. Kominami, O.~Tajima
  • 雑誌名: J. Low Temp. Phys. 巻: online 29 Dec. 号: 3-4 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1007/s10909-015-1412-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] POLARBEAR Constraints on Cosmic Birefringence and Primordial Magnetic Fields (2015)
  • 著者名/発表者名: POLARBEAR Collaboration, P. A. R. Ade, O. Tajima (78番目), 他84名
  • 雑誌名: Phys. Rev. D 巻: 92 号: 12 ページ: 123509-123509
  • DOI: 10.1103/physrevd.92.123509
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Development of Microwave Kinetic Inductance Detector for Cosmological Observations (2015)
  • 著者名/発表者名: K. KARATSU, S. MIMA, S. OGURI, et.al.
  • 雑誌名: IEICE Transactions on Electronics 巻: E98.C 号: 3 ページ: 207-218
  • DOI: 10.1587/transele.E98.C.207
  • NAID: 130004841697
  • ISSN: 0916-8524, 1745-1353
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] GroundBIRD搭載用超伝導検出器MKIDアレイのデザイン設計 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小栗秀悟, 美馬覚, 石塚光, 内田智久, 大谷知行, 沓間弘樹, 関本裕太郎, 田島治, Thushara DamayanthiA, Jihoon Choi, 富田望, 永井誠, 長崎岳人, 羽澄昌史, 服部誠, 蓑輪眞, 吉田光宏, Eunil Won
  • 学会等名: 日本物理学会第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] GroundBIRD搭載用超伝導検出器MKIDアレイの製作と評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 美馬覚, 小栗秀悟, 石塚光, 内田智久, 大谷知行, 沓間弘樹, 関本裕太郎, 田島治, Thushara Damayanthi, Jihoon Choi, 富田望, 永井誠, 長崎岳人, 羽澄昌史, 服部誠, 蓑輪眞, 吉田光宏, Eunil Won
  • 学会等名: 日本物理学会第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] 超伝導検出器MKIDの周波数分割多重化読み出しロジックの実装と評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 石塚光, 池野正弘, 内田智久, 小栗秀悟, 田島治, 富田望
  • 学会等名: 日本物理学会第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] CMB Polarization - recent & future (2016)
  • 著者名/発表者名: 田島治
  • 学会等名: 宇宙電波懇談会シンポジウム
  • 発表場所: 国立天文台（東京都三鷹市）
  • 年月日: 2016-03-09
  • 招待講演
• [学会発表] CMB Polarization - recent & future (2016)
  • 著者名/発表者名: O. Tajima
  • 学会等名: KEK Theory Meeting on Particle Physics Phenomenology (KEK-PH2016),
  • 発表場所: KEK (茨城県つくば市)
  • 年月日: 2016-02-09
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] GroundBIRD実験用超伝導検出器MKIDの光学測定試験 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小栗秀悟, 田島治, 川井正徳, 長崎岳人, Jihoon Choi, 石塚光, 富田望, 羽澄昌史, 吉田光宏, Eunil Won
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会（2015）
  • 発表場所: 大阪市立大学（大阪府大阪市）
  • 年月日: 2015-09-25
• [学会発表] 超伝導検出器MKIDの周波数多重読み出し用フロントエンド回路の開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 石塚光, 池野正弘, 内田智久, 小栗秀悟, 田島治, 富田望
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会（2015）
  • 発表場所: 大阪市立大学（大阪府大阪市）
  • 年月日: 2015-09-25
• [学会発表] Rotation of Telescope !? (2015)
  • 著者名/発表者名: O. Tajima
  • 学会等名: Cosmology with CMB-S4 Workshop
  • 発表場所: ミシガン（米国）
  • 年月日: 2015-09-21
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 宇宙マイクロ波背景放射で迫る宇宙創世の物理 (2015)
  • 著者名/発表者名: 田島治
  • 学会等名: 原子核三者若手 夏の学校2015
  • 発表場所: ホテルたつき( 愛知県蒲郡市)
  • 年月日: 2015-08-19
  • 招待講演
• [学会発表] Angle calibration system for CMB telescope - quest for neutrino hierarchy using CMB polarization (2014)
  • 著者名/発表者名: 田島治
  • 学会等名: 新学術領域研究「ニュートリノフロンティア」研究会 2014
  • 発表場所: 富士Calm
  • 年月日: 2014-12-21 – 2014-12-23
  • 招待講演
• [備考] KEK実験的宇宙物理研究グループ
  • URL: http://cmb.kek.jp/page03_progress.html#GB
• [備考] KEK CMB Group
  • URL: http://cmb.kek.jp/